光學基礎知識1.

1、光學基礎知識一、什么是光對于光的認識人們經歷了一個漫長的認知過程：早在古希臘，人們認為光就像消防水龍中噴出的水柱一般，是一股由高速運動的微粒組成的流注，從而形成了流注說。流注說 流注由人眼發(fā)出，如觸須之辨物?？梢越忉尀楹沃豢煽匆娧矍爸?，并且閉上眼睛就不可見物。 流注由光源發(fā)出，經物體反射后被人眼接收?？梢越忉尀楹魏诎禑o光處不可辨物。那么，流注究竟是什么流呢？到十六世紀逐漸形成了微粒說和波動說。 微粒說認為：光是由發(fā)光體發(fā)出的粒子流，以極高的速度運動著。其的代表人物是英國的物理學家牛頓。對光的直線傳播的解釋：對反射的解釋： 反彈 對折射的解釋： 加速當V，m0時直線傳播 mgv但微粒說無法解釋

2、光的獨立傳播。 沒有碰撞？波動說波動說認為：光是由發(fā)光體發(fā)出的光波，就像人耳聽到鈴鐺的聲波那樣，人眼看到的是燭火發(fā)出的光波。波動說的代表人物是荷蘭科學家惠更斯。波也遵從反射定律和折射定律，并且不會因相互碰撞而改變方向。但波并不完全按直線傳播，它應能繞過障礙物，并能在相交處發(fā)生干涉?？臻g頻率的干涉波動說的全面勝利由于微粒說和波動說都有各自無法解釋的問題，因此經過了一百多年的爭論，依然勝負難分。直到1801年，著名的楊氏實驗打破了這種僵局。此后，菲涅爾著名的單縫衍射實驗進一步證明了光的波動性。波長的測定揭示了光的直線傳播和獨立傳播定律是在一定尺寸范圍內的完美的近似。因為日常的尺度范圍遠大于光波波長

3、。 漂亮的黃綠色光，其波長為555納米=0.555微米=0.000555絲，為通常的頭發(fā)絲直徑的千分之一倍。因此除非是針對非常小的尺度或者光源的單色性和方向性極其的好，否則光的波動特征并不能顯著的表現出來。此后一系列的實驗結果進一步證明了光的波動性：首先1850年，法國物理學家傅科證明了介質中的光速比空氣中慢，這對微粒說又是一次致命的打擊。此外，多譜勒效應和光的偏振效應都進一步證明了光的波動性。V麥克斯韋爾進一步在理論上證明了光是一種電磁波，它和無線電波是同一種東西。它們共同在空氣中以每秒三十萬公里的高速狂奔著，所不同的只是他們的頻率（或者說是波長）而已。至此，光的波動說從實驗到理論形成了完整

4、的體系，占據了絕對的統(tǒng)治地位。就在波動說似乎成了無可辯駁的真理的時候，當對光電效應進行研究時人們發(fā)現：光電子的數目正比于入射光的強度。光電子的能量與入射光強無關，強光與弱光打出來的光電子的飛行速度都是一樣的。光電子的能量正比與入射光的頻率，并且對于每種金屬材料都存在著一個截至頻率，低于這個頻率的入射光無論多強也的不到光電子。 這些現象似乎表明：光束照射在物質上，其能量并非均勻的灑遍整個表面，而是有選擇的集中在了某些電子上。這與波動說的預言大相徑庭，卻是微粒說所能預料的。 波動說的權威地位終于受到了嚴峻的挑戰(zhàn)。直到1900年，普朗克給出了輻射的基本能量單位h（能量子），進而愛因斯坦在1905年指

5、出：光是一種粒子流，每個粒子（光子）的能量為h，才成功的解釋了上述現象。隨著光強的增大，擊中電子的光子數目增多，因而激發(fā)出的光電子數量也隨之增加。既然光子的能量僅與頻率有關（ h ），被光子激發(fā)出來的光電子所獲得的能量也為h，僅與頻率有關。當入射光頻率過低，其光子能量小于金屬材料的表面勢壘，則不能激發(fā)出電子，因而存在截至頻率。粒子說在沉寂多年后終于再次復興。但此時的粒子流已非從前的粒子流，因為每個粒子其實都被解釋為一個能量包，其能量值為h，是以波動形式存在的，因為頻率正是一切波動共同專有的特征?，F代的研究表明：一切的微觀粒子諸如電子、質子等均有這種既表現出波動性又表現出粒子性的波粒二相性。hh

6、hhh光束對于光的本質的總結光是一種電磁輻射，它是一種可被人眼感知的具有波粒二相性的能量流。在宏觀尺度，由于光（或其他一些短波輻射）的波長遠遠小于度量尺度，其波動特性難以顯現或者說是微小的可以忽略，故表現出很強的粒子性，因而可用幾何光學很好的進行近似描述。在微觀尺度，當參照尺寸接近其波長或輻射源表現出很好的相干性時，其波動的特性就十分明顯的表征出來，此時必須用波動光學進行描述。在量子尺度，當光（或輻射）與電子、質子這樣的微觀粒子發(fā)生作用時（如光電效應）則必須用量子理論加以描述了。二、實用光學知識光學可以說是一項實驗的科學，它的每一點進展都伴隨著實踐的腳步。在中國古代就有過利用冰塊來取火的記載：

7、“削冰為球，舉以向日，可以取火?！倍畔ＥD也有過在海戰(zhàn)中利用鏡面反射日光焚毀敵船的傳說。古人的這些實踐用今天的光學理論來說就是聚焦或成像。幾何光學的基本定律與基本概念直線傳播定律：在各向同性的均勻介質中，光是沿直線傳播的。獨立傳播定律：從不同光源發(fā)出的光線以不同的方向通過某點時，彼此互不影響。反射定律：入射到光滑反射界面的光線經界面反射后，入射角與反射角大小相等方向相反。I = I折射定律：入射光線、折射光線和界面法線三者在同一平面內且入射角與出射角滿足公式 n sinI = n sinI焦點：平行于光軸入射光線的匯聚點，也就是無限遠軸上點的像點。通過焦點且垂直于光軸的平面稱為焦面。焦距：對于

8、薄透鏡，近似的等于焦點到透鏡頂點的距離。其中在入射方的稱為物方焦距，用小寫字母 f 表示。其中在出射方的稱為像方焦距，用 f 表示。對于物點、物面、物距 l ;像點、像面、像距 l 有著類似的描述。共軛距：物像之間的關系稱為公軛，物像之間的距離稱為共軛距常見光學零件的基本形式透鏡及其基本類型雙凸平凸正彎月雙凹平凹負彎月 正 負平面零件的常見類型 反射鏡濾色鏡分光鏡棱鏡 折射棱鏡反射棱鏡成像公式與圖解對于透鏡的成像關系可用下述牛頓公式進行計算：1f = 1l - 1l并可用下列原則作圖求解平行于光軸入射的光線經過透鏡后通過焦點。通過焦點的光線經過透鏡后平行于光軸出射。通過主點（透鏡中心）的光線方

9、向不變。物面物方焦面像方焦面像面波動光學方面涉及的主要內容干涉：等厚干涉牛頓環(huán)可理解為等高線，每個圈光程差為2。面型誤差形勢判斷偏振：光是電磁波，是振動方向垂直于傳播方向的橫波。 但由于光是由無數光子集合而成，每個光子的振動方向隨機分布、機會均等，因而自然光并不表現出偏振特性。但在某些特定情況下會產生偏振光，而某些器件會對光產生特殊的偏振效果。偏振片：只允許特定方向偏振的光通過1/2波片：使偏振光轉過2角液晶顯示原理液晶材料具有波片的特性，能使偏振光的偏振方向發(fā)生旋轉，并且隨著對其施加的電場而發(fā)生改變。起偏器LCD檢偏器起偏線偏光液晶電場偏轉潛像檢偏顯像三、顏色的常識什么是顏色？牛頓色散實驗白

10、光白光七色光帶單色光單色光白光七色光白光顏色的實質是人眼對不同波長的光的不同的刺激反應。波長與輻射特性：紅橙黃綠青藍紫顏色的生理學機理為什么白天五彩繽紛，夜晚灰暗陰森？視網膜：桿體細胞感光灰藍色 錐體細胞感色感紅、感綠、感藍彩色的特征：明度：人眼對物體明亮程度的感覺。彩色光的亮度越高，則明度就越高。色調：區(qū)分各種不同色彩的特征，是可見光譜不同波長的輻射在視覺上的表現。飽和度：彩色的純潔性。可見光譜中的各種單色光飽和度最高。彩色的描述：隨著工業(yè)化的發(fā)展，迫切需要一種客觀科學的描述顏色的方法。色品圖和色坐標x=1,y=1和原點z為假象的三原色，且x+y+z=1。馬蹄線上為光譜色，是飽和度（純度）最

11、高的顏色，自然界內任何色彩（物理上能夠實現的）均包含在馬蹄線內。y=0為無亮度線，y值同時也表示亮度。因此在視覺上藍色與紅色感覺較暗，綠色則較為明亮中心點E為等能白，色坐標為x=y=z=0.3333C點為正午日光色，很接近等能白，其色坐標為：x=0.3101, y=0.3162,z=0.3737?；焐恚杭由焐说囊曈X只能分辨顏色的三種變化：明度，色調，飽和度。由兩組分組成的混合色中，如其中一個組分連續(xù)的變化，則混合色的外貌也將連續(xù)的變化。外貌相同的光不管其光譜組成是否一樣，在顏色混合中具有相同的效果?；旌仙目偭炼鹊扔诮M成混合色各色光亮度的總和?；焐鲌D法：k：比例因子C1：色光1比重C2：色光2比重P1：色光1 P2：色光2 P：混合色P1PP2kC2kC1四、投影機原理及其對零部件的要求投